Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Hvordan Space Farming fungerer

Veronica Ann Zabala-Aliberto arbejder på et jordbundet, lukket-system landbrugseksperiment, der kunne være nyttig til udenjordisk rejser og bosættelse. Eksperimentet er placeret på Mars Desert Research Station i Utah. Se flere astronautbilleder. George Frey/Getty Images

Vigtige takeaways

  • Rumfart studerer virkningerne af mikrotyngdekraft på plantevækst med fokus på, hvordan planter orienterer rødder og stængler med reduceret tyngdekraft, hvilket er afgørende for potentielt landbrug på månen eller Mars.
  • I rummet er effektiv brug af energi afgørende, så forskere bruger lysemitterende dioder (LED'er) til at efterligne naturligt sollys til plantevækst under hensyntagen til faktorer som energiforbrug, varmeproduktion og holdbarhed.
  • Forskere tester forskellige rodmaterialer for optimal vand- og luftfordeling ved lav tyngdekraft, mens rumfartsudstyr skal være kompakt og integreret med livsstøttesystemer for effektivt at udveksle kuldioxid og ilt.

Har du nogensinde spekuleret på, hvor vi vil bygge boliger og udvide kvarterer, efterhånden som vi bruger mere og mere af Jordens beboelige jord? Måske bliver rummet den næste forstad? Men før vi begynder at sende børn på en intergalaktisk skolebustur, skal vi finde ud af nye måder at udføre hverdagens opgaver i rummet, som at dyrke mad. Internationale organisationer afsætter tid og ressourcer til udviklingen af ​​at opretholde menneskeliv uden for Jorden. Nogle af rumprogrammernes mål omfatter den kommende tilbagevenden til og eventuel afvikling af månen , sammen med de afventende bemandede rejser til Mars .

Den Internationale Rumstation (ISS ) giver en samarbejdsplatform, hvorpå man kan forske i de kritiske udfordringer ved at sætte mennesker i rummet i en længere periode. Og forskere skal overvinde disse udfordringer, før der kan ske lange flyvninger og permanente levesteder i rummet.

Astronaut Billedgalleri

Rumfart kræver større forståelse, hvis mennesker skal overleve i rummet uden konstant kontakt fra Jorden. Space farming refererer simpelthen til dyrkning af planter i rummet. Ved første øjekast virker dette måske ikke for vanskeligt, men rummets iboende egenskaber og vores evne til at rejse og leve i omgivelserne komplicerer situationen i høj grad.

Heldigvis har ISS et helt hold af astronauter (grøn tommelfinger ikke påkrævet) fra hele verden, der specialiserer sig i en række videnskabelige og ingeniørmæssige områder. Astronauter udfører eksperimenter og forbedrer vores viden om dyrkning af planter i rummet, såvel som mange andre kritiske videnskabsarenaer. Jordbundne forskere og videnskabsmænd analyserer resultaterne og udfører deres egne eksperimenter, udtænker nye teorier og mulige løsninger til at teste.

Før vi ser nærmere på de fremskridt, eksperterne har gjort inden for rumfart, lad os dykke lidt dybere ned i de forhindringer, de står over for.

Historien om ISS

USA havde sparket rundt med ideen om en rumstation lige siden Reagan-administrationen. I 1993 besluttede USA og Rusland at slå deres rumstationsplaner sammen og invitere andre lande til at blive involveret i projektet. De første kredsende komponenter af ISS blev sat sammen i rummet i 1998, og stationen er vokset stykke for stykke lige siden. Resident astronauter ankom i 2000. To år senere installerede astronauter Lada , stationens væghængte drivhus, der bruges i forsøg og som kilde til frisk mad. En anden facilitet ombord på ISS, kaldet European Modular Cultivation System , bruges til at studere planter og udføre andre eksperimenter.

Indhold
  1. Udfordringerne ved Space Farming
  2. Forskning i rumfarm
  3. Effekten af ​​Space Farming

Udfordringerne ved Space Farming

Planter skal dyrkes i særlige vækstkamre ombord på ISS. Astronauterne udfører eksperimenter på både planterne og vækstkamrene og forsøger at lære om og forbedre processen med rumfarm. Foto udlånt af NASA

For at forstå udfordringerne ved rumfart, lad os overveje nogle af de elementer, der påvirker plantevækst i rummet.

Mindre tyngdekraft

Aktuelle eksperimenter med rumfart undersøger forskellige aspekter af landbrug i mikrogravitation (et udtryk til at beskrive et miljø med ringe eller ingen tyngdekraft). Disse eksperimenter kunne være nyttige i det relaterede tilfælde af landbrug på overfladen af ​​månen eller Mars, som har betydeligt lavere tyngdekraftsniveauer end Jorden. Planter tager deres signaler fra tyngdekraften for aspekter af deres vækst, såsom rod- og stilkorientering. Forskere analyserer, om planter kan vokse ordentligt med lavere tyngdekraftsniveauer, og hvad disse niveauer er.

Kunstig belysning

De fleste planter på Jorden har adgang til masser af naturligt sollys og vokser hen imod det lys, men forskere må narre planter, der vokser i rummet, for at følge den samme adfærd. Valget af belysning i vækstkamrene er en vigtig overvejelse af flere årsager. Det er vigtigt at bruge energi effektivt i rummet, fordi ressourcerne er begrænsede. Energi kan ikke spildes på pærer, der ikke maksimerer deres output. Derudover skaber forskellige typer belysning forskellige niveauer af varme, og ekstra varme er noget rumfartøjer skal fjerne (forskere foretrækker pærer, der producerer lidt varme). Derudover har astronauter ikke ekstra plads til at slæbe ekstra pærer gennem rummet, så de har brug for en lyskilde med udholdenhed, såsom lysdioder (LED'er).

Varierende rodmaterialer

Lidt eller ingen tyngdekraft kan påvirke, hvordan rodmaterialer fungerer. Forskellige rodmaterialer og jordbund er bedre end andre, når det kommer til vand- og luftfordeling - begge nøgler til vellykket plantevækst. Ude i rummet kan kornet jord få vand til at sprede sig, og fin jord kan forhindre luftstrøm [kilde:Franzen]. Forskere eksperimenterer med mange muligheder, herunder lerpartikler, hydroponics og et materiale som tørvemos.

Forurenende stoffer

Planter vokser ved at bruge rumfartøjets luft, fugtighed og mikrotyngdekraft - forhold, der er forskellige fra dem på Jorden. Forskere studerer, om eventuelle forurenende stoffer og farlige organismer fra rummet vil påvirke disse rumdyrkede planter, hvilket gør dem uforbrugelige for mennesker. Ændringer i deres genetiske koder kan være skadelige på andre måder. Der er en mulighed for, at hvis astronauter bragte planterne tilbage og blandede dem med dem, der dyrkes på Jorden, kan vi ende med rumversionen af ​​kudzu. Kudzu (Pueraria montana ) er en invasiv planteart, bragt til USA fra Japan i slutningen af ​​1800-tallet.

Begrænset tilgængelig plads

Rumfartøjernes lukkede kvarterer er meget forskellige fra de massive, bølgende landbrugsområder på Jorden. Forskere skal udvikle et effektivt, strømlinet apparat, der kan holde afgrøder, mens de vokser med begrænset plads. Dyrkningsmaskiner skal være automatiske (eller i det mindste have den evne) og være i stand til at regulere vanding, fugtighed, belysning, luftcirkulation og tilførsel af næringsstoffer. Disse dyrkningsmaskiner skal også integreres med livsstøttesystemet for at kunne udveksle kuldioxid og ilt med succes.

Så hvornår kan astronauter besøge rummets første salatbar? Det kan tage et stykke tid, mens forskere arbejder på at forstå og overvinde de forhindringer, som rumfart udgør. Læs næste side for at lære om deres forskning og hvorfor insekter kan blive fremtidens rumføde.

Forskning i rumfart

Den Internationale Rumstation, der driver over Miami. StockTrek/Digital Vision/Getty Images

Rumfartsforskning fokuserer normalt på planter, der har et højt udbytte af spiselige dele og kan blomstre i små rum. Forskere er begyndt at dyrke en række forskellige planter i rummet, herunder thalekarse, linser, hvede, bladrige salatplanter, marksennepsplanter og sojabønner.

Og med disse planter bestemmer forskere, hvordan fremtidens rumfartsdrift vil fungere. Planter har stadig brug for alt det grundlæggende, de modtager på Jorden - vand, kuldioxid og næringsstoffer. Selvom planter kan leve med lidt tyngdekraft, er det bedst for dem at have mindst en lille mængde for at forhindre vækstproblemer. Kunstig tyngdekraft , produceret af en mekanisk centrifuge, hjælper med at løse dette problem. Eksperimenter, der kontrollerer mængden og varigheden af ​​kunstig tyngdekraft, hjælper forskere med at bestemme, hvor meget tyngdekraften påvirker retningen af ​​rodvækst. Heldigvis har både månen og Mars et tyngdekraftsniveau, som vil hjælpe med at opretholde plantelivet på disse himmellegemer.

Resultaterne af forskningen har indtil videre været blandede. I nogle tilfælde afspejlede planterne og frøene, der blev dyrket og returneret fra ISS, den jordbaserede kontrolgruppe. I andre eksperimenter var de ens, men lidt højere eller større. I endnu flere tests bemærkede forskere signifikante forskelle mellem de planter, der dyrkes i mikrotyngdekraft, og dem under almindelig tyngdekraft.

For eksempel viste resultater fra undersøgelse af NASAs Biomasseproduktionssystem (BPS), at mens de to sæt planter voksede på samme måde, udviklede de umodne frø, der blev dyrket på ISS, sig med varierende hastighed. Kontrolgruppens frøudviklingshastigheder var alle de samme. Elementer som frøprotein og opløselige kulhydrater i ISS-frøplanterne eksisterede på andre niveauer end dem i jordkontrolgruppen. Forskere bemærkede, at dette kan ændre smagen af ​​mad dyrket i rummet.

Det er dog vigtigt at bemærke, at de blandede resultater kan forklares på grund af mangfoldigheden af ​​kontrolfaktorer (som temperatur, lys og fugtighed) i de forskellige eksperimenter, de forskellige dyrkningsapparater og det faktum, at planter ganske enkelt kan være svære at vokse.

Nu hvor vi har undersøgt forsøgene med forskning i rumfart, lad os se nærmere på, hvorfor denne forskning er så fundamental for fremtidig rumudforskning.

Et kæmpe spring for græshopper

Uanset om de har vinger eller ej, kan nogle insekter få chancen for at flyve, hvis de bliver udvalgt til at gå i rummet og blive en del af forskningen i rumfart. Selvom mange plantedele er uspiselige for mennesker, er de et lækkert måltid til insekter. Insekter kan omdanne meget af dette uspiselige materiale til noget mere nyttigt, såsom gødning.

Disse insekter er også en fremragende kilde til næringsstoffer til mennesker eller dyr i rummet. En græshoppe kan være en velkommen, hvis ikke sprød, forandring for astronauter, der lever af dehydrerede måltider. Og nogle insekter kan have yderligere fordele på langsigtede rumrejser. For eksempel kan silke produceret af silkeorme væves ind i reb og tøj.

Effekten af ​​Space Farming

Astronauterne C. Michael Foale (til venstre) og Alexander Kaleri, en del af Ekspedition 8-besætningen ombord ISS, poser ved siden af ​​Lada-drivhuset. Foto udlånt af NASA

Selvom meget af forskningen udført af NASA og andre rumbureauer er vigtig for rumprogrammerne, har virkningen af ​​rumfart mange virkelige anvendelser for Jorden.

Hovedfordelen og formålet med at lære at drive landbrug i rummet er at muliggøre langsigtet rumudforskning - det er afgørende, at astronauter har en regenerativ fødekilde. Forestil dig at tage på ferie i et år og skulle pakke alle de måltider, du havde planlagt at spise – din bil ville være fuldstændig proppet med dagligvarer.

Planter kan også hjælpe det livsstøttende system på andre måder. De kan bruges til at rense vand og genbruge kuldioxid til ilt. Hvis de dyrkes i stor nok skala, kan planter have stor indflydelse på, hvordan rumfartøjer og kolonier er designet.

Tilbage her på Jorden vil virkningen af ​​rumfart udvide vores viden om landbrug. Forskere håber at kunne overføre det, de lærer om at dyrke mad i rummets ugæstfrie klima, til lige så udfordrende og fjendtlige klimaer på Jorden. De indsamler detaljerede oplysninger om, hvordan planter vokser, og håber, at disse oplysninger vil hjælpe, efterhånden som jorden bliver knappere og mindre frugtbar. Målene omfatter afgrøder af højere kvalitet, højere afgrødeudbytter og bedre kontrollerede landbrugssystemer og drivhuse .

Space farming har ført til nogle andre overraskende og nyttige applikationer her på Jorden. Den ene er en speciel enhed kaldet Bio-KES som omdanner ethylen til kuldioxid og vand ved hjælp af ultraviolet lys . Ethylen får planter til at modnes og til sidst fordærves. En enhed som Bio-KES, der bruges i fødevareopbevaringsenheder og montrer, kan hjælpe med at øge holdbarheden af ​​produkter, blomster og andre letfordærvelige genstande. Ultraviolet lys har andre anvendelser udover at hjælpe med at reducere mængden af ​​rådden mad, vi skal kassere. Det kan også bruges til at dræbe patogener som miltbrand, hjælpe sår med at hele hurtigere og forbedre effektiviteten af ​​nogle kræftbehandlinger.

Et andet område, som kan få uventede konsekvenser, involverer undersøgelsen af ​​planters cellevægge. Gennem rumfart kan forskerne opdage, hvordan man kontrollerer og regulerer, hvor robust en plante vil vokse. Nogle planter kan drage fordel af denne forskning med hensyn til bedre vejrbestandighed. Derudover ville træer med mindre robuste cellevægge vokse hurtigere og være nemmere og billigere at forarbejde til papir. Disse genetisk modificerede træer kan hjælpe med at bremse skovrydningen ved at blive pålidelige, hurtigtvoksende ressourcer til papirproduktion.

Endelig ser det ud til, at planter forbedrer psyken. Ligesom havearbejde og slentretur gennem parken kan gøre dig i godt humør her på Jorden, gælder det samme for vores rumbundne modparter ombord på ISS. Planter og et frodigt miljø kan både stimulere sanserne og give en beroligende effekt. For eksempel brugte astronauter planter som terapeutiske anordninger, efter at deres kolleger omkom i Columbia-katastrofen [kilde:Quinn]. Forskere planlægger at studere planters psykologiske effekt ved at følge den tid, hver astronaut bruger havearbejde og dyrke planteliv.

Rumfart vil påvirke vores fremtidige chancer for at overleve på det barske Mars-terræn og vores evne til at brødføde Jordens ballonbefolkning. For mere information om space farming, besøg linkene på næste side.

Ofte stillede spørgsmål

Hvordan bestøver astronauter planter i rumfarme?
I mangel af bier og andre bestøvere i rummet, bestøver astronauter manuelt planter ved hjælp af små børster eller ved at ryste planterne for at fordele pollen. Dette sikrer, at blomstrende planter kan producere frugter og frø.
Kan rumopdrættede planter smage anderledes end jorddyrkede?
Ja, planter, der dyrkes i rummet, kan smage anderledes på grund af variationer i vækstbetingelser som mikrogravitation og kunstig belysning, hvilket kan påvirke deres udvikling og potentielt ændre smagsprofiler. Smagsprøver er i gang.

Mange flere oplysninger

Relaterede HowStuffWorks-artikler

  • Hvordan fungerer det at gå på toilettet i rummet?
  • Sådan fungerer økologisk landbrug
  • Sådan fungerer frøbanker
  • Sådan fungerer Space Food
  • Sådan fungerer rumstationer
  • Sådan fungerer rumturisme
  • Hvad hvis vi boede på månen?
  • Hvad er gødning, og hvorfor har planter brug for det?
  • Vil der være gårde i New York Citys skyskrabere?

Flere gode links

  • Den Internationale Rumstation
  • NASAs Mars-udforskningsprogram
  • Mars-samfundet

Kilder

  • "Advanced Astroculture TM (ADVASC)" ISS Program Scientist's Office. 3/7/2008. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ADVASC.html
  • "Analyse af en ny sensorisk mekanisme i rodfototropisme (Tropi)" ISS Program Scientist's Office. 21/12/2007. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/Tropi.html
  • "Biomass Production System (BPS)" ISS Program Scientist's Office. 2/8/2008. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/BPS.html#backtoTop
  • Encyclopedia Britannica. "International rum Station." 2008. (14/5/2008) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/747712/International- Space-Station
  • "Europæisk modulært dyrkningssystem." Den Europæiske Rumorganisation. (14/5/2008) http://www.spaceflight.esa.int/users/index.cfm?act=default.page&level=11&page=fac-iss-dest-emcs
  • Franzen, Harald. "Space Farming giver udfordringer." Scientific American. 4/11/2001. (5/12/2008) http://www.sciam.com/article.cfm?id=space-farming-presents-ch
  • Halvorson, Todd. "Salat og lysdioder:kaster nyt lys på rumfart." Space.com. 26/9/2001. (13/5/2008) http://www.space.com/businesstechnology/technology/light_farming_ 010926.html
  • Katayami, N. et al. "Entomofagi; en nøgle til rumlandbrug." Space Landbrug Task Force. (13/5/2008) http://209.85.215.104/search?q=cache:SW8_KSs1zZ0J:surc.isas. ac.jp/space_agriculture/Archive/PDF/Insect_Eating_ASR2006-g. pdf+spise+insects+space+farming&hl=da&ct=clnk&cd=3&gl=us&client =firefox-a
  • Mansfield, Cheryl. "Orbiting Agriculture." John F. Kennedy Space Center. 20/10/2005. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/missions/science/f_lada.html
  • "Molekylære og plantefysiologiske analyser af mikrotyngdekraftens virkninger på multigenerationsstudier af Arabidopsis thaliana (Multigen)" ISS Program Scientist's Office. 21/3/2008. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ Multigen.html
  • "Fotosynteseeksperiment og systemtestoperation (PESTO)." ISS Program Scientist's Office. 14-03-2008. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/PESTO .html#top
  • "Plant Generic Bioprocessing Apparatus (PGBA)." ISS Program Scientist's Office. 7/12/2007. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ PGBA.html
  • Quinn, Sheri. "Planter lige så vigtige i rummet som på jorden." Voice of America 4/8/2008. (13/5/2008) http://www.globalsecurity.org/space/library/news/2008/space-080408- ​​voa02.htm
  • Køkkensøstrene. "Beyond Tang:Mad i rummet." NPR. 7/6/2007. (12/5/2008) http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=10792763
  • "Optimering af rodzonesubstrater (ORZS) for Reduced Gravity Experiments Program." ISS Program Scientist's Office. 28/3/2008. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ ORZS.html
  • "Tærskelacceleration for Gravisensing (Gravi)." ISS Program Scientist's Office. 1/11/2008. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ Gravi.html



Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com